專利名稱：一種矩陣式藍(lán)寶石襯底及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種藍(lán)寶石襯底，特別涉及ー種矩陣式藍(lán)寶石襯底及其制備方法，屬于藍(lán)寶石領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
對于制作LED芯片來說，襯底材料的選用是首要考慮的問題。應(yīng)該采用哪種合適的襯底，需要根據(jù)設(shè)備和LED器件的要求進(jìn)行選擇。目前市面上一般有三種材料可作為襯底藍(lán)寶石襯底、硅襯底、碳化硅襯底。單晶的藍(lán)寶石襯底材料可用來制作藍(lán)光/白光/紫外光發(fā)光二極管和激光二極管，還有高頻的微波以及高壓大功率器件。事實上，單晶藍(lán)寶石襯底材料的作用是作為模板來制作單晶的氮化鎵薄膜(氮化鎵材料的能隙為3. 4伏)。單晶的藍(lán)寶石晶體材料具有較高熔點及硬度較高的特點。并且，它的化學(xué)性質(zhì)不活潑，能抵抗各種化學(xué)物的腐蝕。正因為如此，生產(chǎn)單晶的藍(lán)寶石晶體材料需要消耗很大的電能。而且，晶體生長周期長達(dá)數(shù)十天，成品率亦偏低。這樣，生產(chǎn)單晶的藍(lán)寶石晶棒材料的成本很高。另外，從藍(lán)寶石晶棒加工成晶片的エ藝也比較復(fù)雜。因此，生產(chǎn)單晶的藍(lán)寶石襯底材料的成本相當(dāng)高。單晶的藍(lán)寶石襯底材料經(jīng)過外延生長(MOCVD)以及芯片エ藝加工后，可以使用激光剝離(LLO)エ藝。但是,帶有襯底的芯片,必須切割成小塊(通常尺寸小于1_ X Imm),然后進(jìn)行激光剝離。到目前為止，在國際上只有JPSA公司擁有最新的激光剝離技術(shù)，可以從藍(lán)寶石襯底材料上將氮化鎵薄膜有效分離。利用這種技術(shù)產(chǎn)生的激光如果要保證均勻的能量密度分布，可以達(dá)到的最大面積為5 X 5毫米，還是無法進(jìn)行大面積的激光剝離。剝離下來的小塊的藍(lán)寶石材料，即使再大一點的尺寸，如2mm X 2mm, 3mm x 3mm,甚至更大的尺寸，都無法回收使用。這樣，產(chǎn)品的制作成本就相應(yīng)提高了，還造成資源的嚴(yán)重浪費。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述不足，提供了ー種容易從芯片上激光剝離，可以重復(fù)利用的矩陣式藍(lán)寶石襯底及其制備方法。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的
ー種矩陣式藍(lán)寶石襯底，包括襯底本體，所述襯底本體的表面設(shè)有縱橫交錯布置的刻槽。所述襯底本體的厚度為200unTl200um，所述刻槽的深度為lnnT500um，所述刻槽的寬度為0. lnnT5. 0mm,所述縱橫交錯布置的刻槽之間的距離為lmnT50mm。所述矩陣式藍(lán)寶石襯底制備方法的エ藝步驟如下
步驟一、拋光藍(lán)寶石襯底
對研磨過的藍(lán)寶石襯底進(jìn)行拋光；
步驟ニ、上光阻將藍(lán)寶石襯底置于自動勻膠機上進(jìn)行上光阻；
步驟三、軟烤
將藍(lán)寶石襯底置于加熱板上進(jìn)行軟烤；
步驟四、曝光對藍(lán)寶石襯底進(jìn)行曝光；
步驟五、預(yù)烤將藍(lán)寶石襯底進(jìn)行預(yù)烤；
步驟六、顯影
將藍(lán)寶石襯底放在自動顯影機中進(jìn)行顯影；
步驟七、ICP蝕刻藍(lán)寶石襯底
將藍(lán)寶石襯底放入ICP刻蝕機臺，完成藍(lán)寶石襯底表面的刻蝕；
步驟八、清洗光阻步驟九、CMP
對藍(lán)寶石襯底進(jìn)行CMP ；
步驟十、清洗藍(lán)寶石襯底將藍(lán)寶石襯底進(jìn)行清洗。步驟一、拋光時的拋光液為二氧化娃拋光液,拋光壓力為I. 8 ^2. 2kg/cm2,轉(zhuǎn)速為45 55rpm，溫度為28 30°C，拋光至表面粗糙度為9 10埃；
步驟二、上光阻時，自動勻膠機先以30(T500rpm的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)5s-10s后，再以 200(T3000rpm的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)30s 35s，涂膠厚度為O. 5 I. 5um ；
步驟三、軟烤的軟烤溫度為8(TllO°C，軟烤時間為30 120s ；
步驟四、曝光的波長為35(T480nm，曝光光強為300-400mw/cm2，曝光時間為 150_600msec ；
步驟五、預(yù)烤的預(yù)烤溫度為110-120°C，預(yù)烤時間4(T90s ；
步驟六、顯影的顯影時間為l(T30s ；
步驟七、ICP的蝕刻時間為f 50min ；
步驟八、清洗光阻分為以下幾個步驟
8. I、使用加熱到105 110° C的NMP清洗5 6min ；
8. 2、使用常溫的NMP清洗5飛min ；
8. 3、使用常溫的丙酮清洗2. 5^3 min ；
8. 4、使用常溫的IPA清洗2. 5 3min ；
8. 5、使用常溫的去離子水清洗2. 5 3min ；
步驟九、CMP使用混合液對藍(lán)寶石進(jìn)行CMP，壓力為O. 45、. 5kg/cm2,轉(zhuǎn)速為 45飛Orpm，溫度為18 20°C，拋光至表面粗糙度為小于3埃，所述混合液為pH值10. Γ Ο. 5 的二氧化硅拋光液；
步驟十、清洗藍(lán)寶石襯底使用混合酸進(jìn)行清洗，所述混合酸由體積分?jǐn)?shù)為3 4份的硫酸及體積份數(shù)為廣2份的磷酸混合而成，所述混合酸的溫度為11(Γ120° C，清洗時間 l(Tl2min。本發(fā)明的有益效果是I、矩陣式藍(lán)寶石襯底帶有刻槽，可顯著減少氮化鎵晶體生長過程中因晶格不匹配而產(chǎn)生的應(yīng)力，由于氮化鎵與藍(lán)寶石這兩種材料的晶格常數(shù)不匹配，導(dǎo)致磊晶エ藝所獲得的氮化鎵材料的應(yīng)カ大。當(dāng)襯底本體上有刻槽，這樣有更多的空間使得部分的應(yīng)カ得到釋放，氮化鎵材料的翹曲度可以降低，使成品率得到提高。2、該矩陣式藍(lán)寶石襯底帶有刻槽，能夠有效地將剝離時激光產(chǎn)生的熱量散去，確保激光剝離的順利完成，所得到的氮化鎵薄膜具有較高的厚度均勻性，背面損傷小，顯著提高最終產(chǎn)品的成品率(yield)。激光剝離后可以不用減薄，可省去傳統(tǒng)器件制造エ藝中的背面減薄過程，從而節(jié)省成本。3、剝離后的芯片背面沒有藍(lán)寶石，可選擇散熱好的材料，如硅片，氮化鋁等附在芯片背面，芯片散熱可以得到改善。4、可明顯減少在器件制作過程中藍(lán)寶石材料的成本。如果藍(lán)寶石襯底可以反復(fù)使用100次，襯底的成本可大致計算為原來的1/100。


圖I為本發(fā)明ー種矩陣式藍(lán)寶石襯底結(jié)構(gòu)示意圖。其中
襯底本體I 刻槽2。
具體實施例方式參見圖1，本發(fā)明涉及的ー種矩陣式藍(lán)寶石襯底，包括襯底本體I,所述襯底本體I 的材料為藍(lán)寶石的切割片、研磨片或者拋光片，所述襯底本體I的厚度為200unTl200um，所述襯底本體I的表面設(shè)有縱橫交錯布置的刻槽2，所述刻槽2的深度為lnnT500um，所述刻槽2的寬度d為0. I nnT5. 0mm，所述縱橫交錯布置的刻槽2將襯底本體I表面劃分成矩陣式樣，縱向刻槽2之間的距離a為lmnT50mm,橫向刻槽2之間的距離b為lmnT50mm,所述襯底本體I可以是任何形狀，作為ー種優(yōu)選，所述襯底本體I的形狀為圓形，所述圓形襯底本體I的直徑為25 300 mm，作為ー種優(yōu)選，所述襯底本體I的形狀為方形，所述方形襯底本體 I的邊長為25 300 mm。該藍(lán)寶石襯底的制備方法的エ藝步驟如下
步驟一、拋光藍(lán)寶石襯底
對研磨過的藍(lán)寶石襯底進(jìn)行拋光，拋光液為ニ氧化硅拋光液，拋光壓カ為I. 8 2. 2kg/ cm2,轉(zhuǎn)速為45 55rpm，溫度為28 30°C，拋光至表面粗糙度為9 10埃。步驟ニ、上光阻
將藍(lán)寶石襯底置于自動勻膠機上進(jìn)行上光阻，自動勻膠機先以30(T500rpm的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)5s-10s后，再以200(T3000rpm的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)30s 35s，涂膠厚度為0. 5 I. 5um。步驟三、軟烤
將藍(lán)寶石襯底置于加熱板上進(jìn)行軟烤，軟烤的軟烤溫度為8(Tll(TC，軟烤時間為30 120s，軟烤可以去除光刻膠中所含溶劑及水分，增強光刻膠的粘附性，也能釋放光刻膠膜內(nèi)的應(yīng)カ。
步驟四、曝光
對藍(lán)寶石襯底進(jìn)行曝光，曝光的波長為350 480nm,曝光光強為300-400mw/cm2,曝光時間為 150_600msec。步驟五、預(yù)烤
將曝光后的襯底放在熱板或烘箱中進(jìn)行預(yù)烤，預(yù)烤溫度為11(T120°C，預(yù)烤時間 4(T90s，預(yù)烤可以減少駐波效應(yīng)。步驟六、顯影
將烘烤后的襯底放在自動顯影機中對光刻膠顯影，噴嘴噴灑顯影液MF319在襯底表面，顯影時間l(T30s,同時將襯底以100-500rpm低速旋轉(zhuǎn),顯影充分后,用去離子水沖洗襯底并旋轉(zhuǎn)甩干，此時在光刻膠上形成均勻的光刻圖形。步驟七、ICP(inductively coupled plasma)蝕刻藍(lán)寶石襯底
將經(jīng)上述處理過的藍(lán)寶石襯底放入ICP刻蝕機臺，選擇BCL3/CL2等離子體氣體對襯底進(jìn)行刻蝕，蝕刻時間為f50min，完成對藍(lán)寶石襯底表面的刻蝕工藝處理。步驟八、清洗光阻
8. I、使用溫度為105 110° C的NMP(N-甲基吡咯烷酮)清洗5飛min ；
8. 2、使用常溫(20 25°0的NMP清洗5 6min ；
8. 3、使用常溫(20 25°C)的丙酮清洗2. 5 3 min ；
8. 4、使用常溫(20 25°C)的IPA (異丙醇)清洗2. 5 3min ；
8. 5、使用常溫(20 25°C)的去離子水清洗2. 5 3min。步驟九、CMP (化學(xué)機械拋光)
使用混合液對藍(lán)寶石進(jìn)行CMP，壓力為O. 45^0. 5kg/cm2,轉(zhuǎn)速為45 50rpm，溫度為 18 20°C，拋光至表面粗糙度為小于3埃，所述混合液為pH值10. Γ Ο. 5的二氧化硅拋光液；
步驟十、清洗藍(lán)寶石襯底
使用混合酸進(jìn)行清洗，所述混合酸由體積分?jǐn)?shù)為3 4份的硫酸及體積份數(shù)為f 2份的磷酸混合而成，所述混合酸的溫度為11(T120°C，清洗時間為l(Tl2min，然后甩干。同樣，在經(jīng)過激光剝離處理后的襯底本體，也必須進(jìn)行研磨，拋光及清洗，然后返回到外延生長工藝(MOCVD)使用。并且，可以反復(fù)使用多次，降低成本。在制作氮化鎵相關(guān)的器件過程中，可使用其它許多材料，例如碳化硅、氧化鋅、氧化鎂、砷化鎵、硅等，本發(fā)明矩陣式藍(lán)寶石襯底同樣可適用于以上這些材料。
權(quán)利要求
1.一種矩陣式藍(lán)寶石襯底，包括襯底本體(1)，其特征在于所述襯底本體(I)的表面設(shè)有縱橫交錯布置的刻槽(2 )。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種矩陣式藍(lán)寶石襯底，其特征在于所述襯底本體(I) 的厚度為200unTl200um，所述刻槽(2)的深度為lnnT500um，所述刻槽(2)的寬度為.O.1ηπΓ5. 0mm,所述縱橫交錯布置的刻槽(2)之間的距離為lmnT50mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種矩陣式藍(lán)寶石襯底，其特征在于其制備方法的工藝步驟如下步驟一、拋光藍(lán)寶石襯底對研磨過的藍(lán)寶石襯底進(jìn)行拋光；步驟二、上光阻將藍(lán)寶石襯底置于自動勻膠機上進(jìn)行上光阻；步驟三、軟烤將藍(lán)寶石襯底置于加熱板上進(jìn)行軟烤；步驟四、曝光對藍(lán)寶石襯底進(jìn)行曝光；步驟五、預(yù)烤將藍(lán)寶石襯底進(jìn)行預(yù)烤；步驟六、顯影將藍(lán)寶石襯底放在自動顯影機中進(jìn)行顯影；步驟七、ICP蝕刻藍(lán)寶石襯底將藍(lán)寶石襯底放入ICP刻蝕機臺，完成藍(lán)寶石襯底表面的刻蝕；步驟八、清洗光阻步驟九、CMP對藍(lán)寶石襯底進(jìn)行CMP ；步驟十、清洗藍(lán)寶石襯底將藍(lán)寶石襯底進(jìn)行清洗。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種矩陣式藍(lán)寶石襯底的制備方法，其特征在于步驟一、拋光時的拋光液為二氧化娃拋光液,拋光壓力為I. 8 ^2. 2kg/cm2,轉(zhuǎn)速為.45 55rpm，溫度為28 30°C，拋光至表面粗糙度為9 10埃；步驟二、上光阻時，自動勻膠機先以30(T500rpm的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)5s_10s后，再以 200(T3000rpm的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)30s 35s，涂膠厚度為O. 5 I. 5um ；步驟三、軟烤的軟烤溫度為8(TllO°C，軟烤時間為30 120s ；步驟四、曝光的波長為35(T480nm，曝光光強為300-400mw/cm2，曝光時間為 150_600msec ；步驟五、預(yù)烤的預(yù)烤溫度為110-120°C，預(yù)烤時間4(T90s ；步驟六、顯影的顯影時間為l(T30s ；步驟七、ICP的蝕刻時間為f 50min ；步驟八、清洗光阻分為以下幾個步驟.8. I、使用加熱到105 110° C的NMP清洗5 6min ；.8. 2、使用常溫的NMP清洗5飛min ；.8. 3、使用常溫的丙酮清洗2. 5^3 min ；.8. 4、使用常溫的IPA清洗2. 5 3min ；.8. 5、使用常溫的去離子水清洗2. 5 3min ；步驟九、CMP使用混合液對藍(lán)寶石進(jìn)行CMP，壓力為O. 45^0. 5kg/cm2,轉(zhuǎn)速為 45飛Orpm，溫度為18 20°C，拋光至表面粗糙度為小于3埃，所述混合液為pH值10. Γ Ο. 5 的二氧化硅拋光液；步驟十、清洗藍(lán)寶石襯底使用混合酸進(jìn)行清洗，所述混合酸由體積分?jǐn)?shù)為3 4份的硫酸及體積份數(shù)為廣2份的磷酸混合而成，所述混合酸的溫度為11(T12(TC，清洗時間 l(Tl2min。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種矩陣式藍(lán)寶石襯底，包括襯底本體(1)，其特征在于所述襯底本體(1)的表面設(shè)有縱橫交錯布置的刻槽(2)，所述矩陣式藍(lán)寶石襯底的制備方法工藝步驟為拋光藍(lán)寶石襯底、上光阻、軟烤、曝光、預(yù)烤、顯影、ICP蝕刻藍(lán)寶石襯底、清洗光阻、CMP、清洗藍(lán)寶石襯底。該矩陣式藍(lán)寶石襯底容易從芯片上激光剝離，可以重復(fù)利用，節(jié)約成本。
文檔編號H01L23/00GK102610578SQ201210071310
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月19日
發(fā)明者張保國, 林岳明 申請人:無錫納克斯半導(dǎo)體材料有限公司